氧化铝生产管控的一体化系统设计

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摘要：本文阐述了氧化铝生产的工艺流程。针对氧化铝生产工艺的特点设计了一种全新的全厂管控一体化智能系统方案。利用工业互联网技术，将氧化铝生产中的PCS系统与MES系统有机结合。建设智能化的氧化铝工厂。

关键词：氧化铝生产；管控一体化；PCS；MES

1氧化铝生产工艺

本文阐述的是拜耳法氧化铝生产工艺。基本原理是用苛性碱溶液在一定温度下溶出铝土矿中的氧化铝，再加入氢氧化铝，在降温和搅拌的条件下进行分解，产出的氢氧化铝经焙烧变成氧化铝[1]。主要工序有：原料磨制；溶出；赤泥沉降分离洗涤；赤泥压滤；赤泥外排；碱液调配；母液蒸发；种子分解；氢氧化铝过滤；氢氧化铝焙烧等。

2管控一体化的目的

目前氧化铝生产过程控制系统即控制层PCS普遍采用DCS控制系统。能有效的完成设备的单回路控制，设备保护联锁控制等。但各工序区域间的协调交流主要靠调度人员的经验，实行口头传达或手动操作[2]。生产指标控制主要依靠取样分析，需要依靠专家进行工艺条件调整。氧化铝生产特点是生产流程长，控制回路多，产品及回配的物流关联性强、各工序间相互关联及影响约束条件多。在当今市场价格波动的情况下，会造成反馈严重滞后。控制滞后。管控一体化系统是通过对氧化铝企业生产过程进行动态化管理，来实施完整的闭环生产。在氧化铝各生产区域的生产过程控制系统即控制层(PCS)基础上，充分利用通讯网络、自动化领域最新技术，将氧化铝生产中的PCS系统与MES系统有机结合，使各生产区域可以在统一平台集成如生产计划调度、能源计量、质量控制、安全及设备故障分析、统计报表等管理功能。利用通讯网络使各生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等能使用统一的数据库，提供车间管理信息。负责车间生产管理和调度执行。从根本上解决生产计划合理而快速的修正问题。

3管控一体化系统方案

3.1氧化铝厂过程控制系统（PCS）

（1）在管控中心办公楼设置氧化铝全厂中心控制室。中心控制室设服务器、工程师站、工操作站。中心控制室的控制系统由一组以太网交换机与各区域控制系统通讯。对整个氧化铝厂各车间集中控制操作。（2）根据工艺流程及各子项在总图上的区域配置，拟在原矿浆磨制、预脱硅及高压泵房、赤泥沉降分离洗涤、综合过滤、母液蒸发及碱液调配和氢氧化铝焙烧等主要车间设车间级操作员站并配置DCS系统，DCS系统与中心控制室进行通讯，（3）其它车间均按无人值守方式设置。所有车间和工段的控制系统均通过工业以太网络相应集中至全厂中心控制室集中监控。在中心控制室集中显示和操作，便于整个氧化铝厂各工段的整体调配、协调生产，实现生产过程监测、控制和管理的集中化，自动化和网络化等功能，使监控管理实现扁平化并相应减少操作人员，从而提高劳动生产率。监控氧化铝生产过程中各工序的工艺参数。所有工艺参数均可实时地在显示屏的流程图中动态显示。并能在整个流程画面中实时的标注出工艺参数的实际值、报警状态和操作状态等。

3.2氧化铝厂生产执行系统（MES）

其是由计划管理、调度管理、质量管理、设备管理、能源管理、计量管理、统计分析等模块组成。（1）计划管理：通过氧化铝市场数据，原材料数据，设备状况，产量目标。制定调整生产的指令计划。编制年、月、日、旬、周、日生产计划。计划管理系统是企业管理的首要职能，是生产调度指挥的依据，是企业生产经济技术指标管理的一项重要内容，为其他系统提供目标参考数据。（2）调度管理：生产调度系统着眼于氧化铝生产全流程的监控、协调，以及突发事件的动态化管理与执行。对氧化铝生产过程关键工艺如原料磨制，压煮溶出，沉降分离洗涤，分解，焙烧，母液蒸发的关键点指标计算，生产过程中突发事件处理等。利用良好的人机界面，提供调度决策。通过有效的作业排序和调度来优化车间性能。（3）质量管理：包括质检取样，质检日报，质检月报，出厂证书等功能。负责实验室样品采样、化验、判定、分析，同时根据检化验结果，形成各种质量统计分析报表。完成对质检标准制定、生产原燃料和产成品的质检取样、出具质检报告等。（4）设备管理：氧化铝厂生产中由于物料呈碱性，对设备的腐蚀及管道的结疤非常严重。设备的检修，酸洗系统启动或换组生产等工作十分频繁与复杂。利用设备的管理系统平台可有效的进行决策与控制。对设备运行状态、点检、状态检测、检验、保养维修、事故故障、技术改造等进行全过程控制与管理。（5）能源管理：包括能源数据，能源监控，能源统计，能源分析，能源平衡，能源考核等功能。可以对全厂相关的水，电，风，气进行优化管理。氧化铝生产消耗能源比较大。主要耗能工序为管道化溶出、母液蒸发、氢氧化铝焙烧等。（6）计量管理：计量管理系统由物资计量、能源计量、计量器具台帐管理、计量器具检修检定、计量器具状态管理系统等模块构成。主要是针对原料如铝土矿，石灰石，碱液等采购，氧化铝成品销售及厂内物资倒运、物资调拨过程进行的计量管理，采集检斤数据。对计量数据如水、电、气、蒸汽等进入DCS系统部分进行自动采集，对汽车衡的检斤计量数据自动/手动采集。（7）统计分析管理：对于生产过程的各重要参数进行记录报表打印。以小时、班次、日、月为单位进行计算统计报表。可以随机和定时的打印。并可打印各重要参数的趋势曲线。历史数据自动存储；为历史的事件分析提供依据。编制生产报告和各种统计报表，为优化组织生产和生产调度指挥提供依据。

4结语

利用通讯网络、自动化领域最新技术，充分考虑氧化铝生产的特点及规律，建立的氧化铝全流程生产管控一体化设计，将氧化铝生产的PCS系统与MES系统有机结合。有效地保证了企业在行业中全方位的竞争能力。对建设以“安全生产、优化运行、节能降耗、人员精简、环境清洁”为目标的智能化氧化铝企业具有重要的实际意义。

参考文献:

[1]孙洪程，李大字.过程控制工程设计[J].北京：化学工业出版社,2009.

[2]肖亚庆.中国铝工业技术发展[J].北京：冶金工业出版社，2007.

作者:尹翠杰 单位:沈阳铝镁设计研究院有限公司